摘要
超表面作为一种由亚波长单元结构组成的二维平面人工电磁材料，在全频段内具有对电磁波的强大操控能力。数字可编程超表面通过集成可调控元件或材料，实现了超表面的数字化表征和实时可编程，进而获得电磁波束的灵活调控，并在信息系统中得以应用。本文主要围绕毫米波太赫兹频段内可编程超表面的调控机理与设计方法展开研究，通过理论分析、模型仿真以及实验测试验证了所设计的可编程超表面对于毫米波与太赫兹波的调控性能。主要内容与创新点如下： 1.研制了一种基于变容二极管的W波段可编程超表面。通过引入电控变容二极管获得1-bit相位编码单元，结合数值仿真与实验验证了不同编码序列超表面的波束异常偏折效果。该工作将可编程超表面的工作频率拓展到W波段。 2.研究了一种基于液晶的太赫兹可编程超表面。通过集成介电可调液晶材料设计了1-bit相位编码单元，进而开发了一维电控可编程超表面，远场波束反射测试结果表明，超表面阵列在25°-55°内具有宽角度的波束扫描功能。 3.设计了一种2-bit独立可控的可编程超表面。通过在超表面单元上加载两个PIN二极管获得了2-bit相位编码，结合远场散射幅度公式与复数加法定理设计了毫米波二维可编程超表面，实现了自由空间内单波束和多波束的形成及波束操控。
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